ECOLE NATIONALE VETERINAIRE TOULOUSE Analyse de risque applique

ECOLE NATIONALE VETERINAIRE TOULOUSE Analyse de risque appliquée au contrôle antidopage des chevaux de course P. L. TOUTAIN Master 5 Janvier 2010 Master 2010

Objectifs du cours 1. Présentation générale d’une analyse de risque 2. Application d’une approche PK/PD pour le contrôle antidopage 3. Les simulations de Monte Carlo pour l’établissement des délais d’attente Master 2010

1 - L’essentiel sur le contrôle antidopage & et le contrôle des médications chez le cheval pour comprendre la nécessité de mener une analyse de risque Master 2010

Le dopage chez le cheval: définitions • Pas de définition universelle • Conception reflétant les valeurs des organisations sportives: – Cheval de course • International Federation of Horseracing Authorities – Cheval de sport – Réglementation Internationale: FEI (ex: oméprazole) – réglementation nationale : la Loi en France – Homme – réglementation nationale & internationale • DOPAGE : Tout usage de substances ou de procédés visant à modifier artificiellement les performances ce qui peut porter préjudice à l’éthique sportive ou au bien-être animal Master 2010

Le contrôle analytique des substances totalement interdites & prohibées lors des compétitions constitue la clé de voute du contrôle antidopage d’où l’implication des analystes Prohibition: interdiction relevant d’un règlement Master 2010

Liste des substances totalement interdites par le code des courses – stéroïdes anabolisants, – facteurs de croissance, – substances agissant sur l’érythropoïèse, – transporteurs d’oxygène synthétique Nécessité d’avoir les techniques analytiques les plus performantes et les LOD/LOQ les plus basse pour contrôler les expositions illicites Master 2010

Produits autorisés à l’entraînement (mais prohibées pour la course) • Toutes substances autres que celles citées précédemment sont autorisées à l’entraînement, si : – usage justifié par l’état de santé du cheval – régulièrement prescrites par un vétérinaire (médicaments) • Il n’y a pas d’entrave aux bonnes pratiques vétérinaires Master 2010

Nécessité de distinguer 2 types de substance sur le plan analytique Contrôles des substances Substances interdites Médications licites Exposition Effets résiduels Pas de limitation analytique Limitation analytique approche PK/PD Master 2010

Techniques analytiques • LC/MS GC/MS Master 2010

Problème posé par les techniques analytiques • Les techniques analytiques trop performantes ne doivent pas être une entravent aux médications licites • on devra fixer des limites de screening et non des LOD/LOQ pour ne pas à avoir à déclarer des concentrations résiduelles de médicament sans signification en terme d’effet Master 2010

La politique du « zéro tolérance » et ses limites vis-à-vis du contrôle des médications Master 2010

Les limites de la politique du “zéro tolérance” Master 2010

La question se posant aux Autorités hippiques • Comment réaliser un contrôle des médications sans avoir à déclarer comme positifs des échantillons ayant des concentrations résiduelles de médicament sans signification pharmacologique ? • De façon plus générale où s’arrêter sur le plan analytique? Master 2010

La réponse européenne harmonisée: l’EHSLC Une détermination des limites analytiques désirable pour les contrôles France Irlande Finlande Allemagne Italie Norvège Grande Bretagne Suède Pays participant au programme de recherche Chine Afrique du Sud Master 2010

EHSLC Master 2010

2 -L’EHSLC (European Horse Scientific Liaison Committee) : L’ organisation d’une expertise collective Master 2010

Une série de questions • Qu’est-ce qu’une expertise? • Qu’est-ce qu’un expert? • Quels sont les méthodes de travail pour réaliser une expertise collective? Master 2010

Qu’est-ce qu’une expertise (norme AFNOR NFX-50 -110) • L’Association française de normalisation (AFNOR) est l'organisme officiel français de normalisation, membre de l'Organisation internationale de normalisation (ISO) auprès de laquelle représente la France. Master 2010

Qu’est-ce qu’une expertise (norme AFNOR NFX-50 -110) • Une expertise, est un « ensemble d'activités ayant pour objet de fournir à un client, (pour nous les Autorités hippiques) en réponse à la question posée, une interprétation, un avis ou une recommandation, aussi objectivement fondé que possible, élaboré à partir des connaissances disponibles et de démonstrations accompagnées d'un jugement professionnel : les démonstrations incluent essais, analyses, inspections, simulations, etc. » – Nécessite une synthèse des connaissances à un moment donné – Un jugement professionnel ce qui implique de l’expérience mise en action (compétence) Master 2010

Les différents types d’expertise Collective: Modèle agence EHSLC Individuelle Modèle judiciaire Modèle médiatique Transfuge (notoriété dans un autre domaine) Emettent des avis Prescripteurs d’opinion Séparation fonctionnelle de l’appréciation du risque et de sa gestion Fait des Recommandations prise de décisions Master 2010

Expertise et décision • L’expert doit se tenir en dehors de la chaîne de décision, qui relève du domaine politique, du juge…. • Séparation fonctionnelle dans toute analyse de risque entre l’appréciation du risque et la gestion du risque Master 2010

Qu’est-ce qu’un expert? Les 3 valences à réunir pour être un expert Des connaissances validées: Données issues de la recherche et leurs niveaux de preuve Dogmatique De l’expérience du domaine Prise en compte de l’intérêt du bénéficiaire (patient, institution, société…) expert Empirique cynique Valeurs, éthique, conflit d’intérêt… Master 2010

Une série de questions • Qu’est-ce qu’une expertise? • Qu’est-ce qu’un expert? • Quels sont les méthodes de travail pour réaliser une expertise collective? – Analyse de risque Master 2010

Expertise collective: nécessité d’avoir un vocabulaire consolidé Master 2010

Les 2 théorèmes de Kaplan et la nécessité d’avoir un vocabulaire consolidé • Théorème 1: – 50 % des problèmes dans le monde proviennent de gens qui utilisent le même mot pour parler de choses différentes • Théorème 2 : – Les 50% autres problèmes proviennent des gens qui utilisent des mots différents pour parler de la même chose Master 2010

Nécessité d’un vocabulaire défini • • Danger et risque Sûreté et sécurité alimentaire Puissance (potency) et efficacité d’un médicament Appréciation, estimation et évaluation du risque Pesticides et insecticides Environnement et milieu Principe de précaution et principe de prévention Avis et recommandation Master 2010

3 -Contrôle des médications et analyse de risque Master 2010

Question posée par les Autorités hippiques à l ’EHSLC en 1998 • Quel doit être l’ordre de grandeur des limites de détection (pas des limites de quantification) des techniques analytiques pour fixer les limites harmonisées de screening pour réaliser un contrôle approprié des effets résiduels des médications (et non des seules expositions) au niveau européen ? Master 2010

Pourquoi suivre les concepts de l’analyse de risque pour répondre à cette question 1. Toute décision (technique, économique, réglementaire…) doit prendre en compte les intérêts compétitifs de façon non biaisée et transparente toutes les parties prenantes (stakeholders = porteurs d’enjeux) 2. Dimension scientifique et technique de la question Master 2010

Ce que ne peut faire et ne pas faire la Science • Faire – Formuler et Tester des hypothèses • Ne pas faire – Prendre un décision – Choisir entre des intérêts compétitifs – Réconcilier des valeurs opposées • La science peut décrire le monde, elle n’a pas à le prescrire Master 2010

Qu’est ce qu’une analyse de risque ? • Une démarche systématique (formalisée) pour collecter, apprécier, évaluer les informations disponibles pour conduire à une décision (ou une recommandation, une norme, une position, une action…) en réponse à un danger identifié • Elle comprend 3 phases 1. L’appréciation du risque 2. La gestion du risque 3. La communication sur le risque Master 2010

Analyse de risque: Vocabulaire anglais/ français 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Hazard: danger Risk: risque Risk analysis: analyse de risque hazard identification: identification du danger hazard charaterisation: caractérisation du danger Risk assesment: appréciation du risque Exposure assesment: appréciation de l’exposition Risk characterisation: caracterisation du risque Risk management: gestion du risque Risk communication: communication sur le risque Master 2010

Danger : définition • Une source de risque – Généralement un agent biologique, chimique ou physique pouvant entraîner un effet néfaste ( sur la santé du cheval , pour l’institution…) mais aussi une action, une décision qui peut être dommageable pour la filière. – c’est une propriété inhérente d’un analyte, médicament ou contaminant – un danger ne peut constituer un risque s’il y a exposition à ce danger Master 2010

Risque : définition • Un risque est une possibilité de subir un effet négatif (biologique comme le bienêtre du cheval…) ou une perte (confiance dans l’institution) • Risque = Danger + incertitude + impact négatif Master 2010

Le soleil est un danger le bain de soleil est associé à un risque qui est fonction de l’exposition Danger Risque Master 2010

4 -Danger, Risques et société Master 2010

Impact négatif • Risque = Danger + incertitude + impact négatif • Perception vs. Réalité • Question pratique pour la fixation des facteurs de sécurité (ou d’incertitude) dans l’analyse de risque Master 2010

Danger / risque et niveau de préoccupation + Dangers Niveau de préoccupation Tabac 60 000 morts par an - Risques professionnels Amiante : 4000 morts par an vache folle 24 morts en 10 ans - + Dissociation possible entre les niveaux de danger et leur perception Master 2010

Appropriation des risques par la socièté • Risque = construction sociétale dont il faut comprendre la genèse et les dimensions (scientifiques, administratives, sociopolitiques, émotionnelles…) Master 2010

Acceptabilité du risque: Gravité & probabilité La gravité représente l’importance des conséquences directes ou indirectes en terme de dommages ou de préjudices, relatives à la survenance d’un danger Centrale nucléaire Vaccin grippe maladie de Guillain-Barré Résidus de médicament Avion La probabilité quantifie la vraisemblance de la survenue du danger Master 2010

Acceptabilité du risque: valeurs partagées dans une société Master 2010

Certitudes scientifiques vs valeurs dans un processus de décision Valeurs sociétales + consensus Zone de complexité chaos - Certitudes (science) + Master 2010

Certitudes scientifiques vs. valeurs dans l’acceptabilité d’un risque : le cas des OGM + Valeurs sociétales Thérapie génique OGM (problèmes éthiques, religieux, moraux…) - Certitudes (science) sécurité + Master 2010

Acceptabilité du risque & les valeurs d’une société: Le cas des hormones Valeurs sociétales + THS Veau aux hormones - Certitudes (science) sécurité + Master 2010

Les 3 risques jugés les plus importants pour les 3 prochaines années en sécurité alimentaire BVA 2000 S. Bonny. INRA Prod. Anim. 13, 287 -301 Master 2010

Comment jauger la perception du risque? La volonté du public de payer (VPP) Master 2010

Volonté du public de payer (VPP) • La VPP est plus forte pour les risques : – Du consommateurs > aux professionnels – enfants > population générale – les maladies donnant lieu au dégoût ou à l'émotivité, dues à des agents invisibles ou repoussants (les peurs) – risques collectifs (train> voiture) – les agents responsables des maladies de "l'avenir". Master 2010

Coût de la prévention pour le cancer et de l’ESB similaire (1 milliard d’euros pas an) • Cancer – 145 000 morts par an – ESB – 1 à 2 morts par an Master 2010

5 -L’analyse de risque: présentation analytique Master 2010

Analyse de risque: les 3 étapes Appréciation du risque Gestion du risque Communication sur le risque Master 2010

Risk analysis Science risk assessors Risk assessment (RA) Scientific evaluation of known or potential hazard (event, stressor, …) • Integral part of RA • Improve the overall effectiveness and efficiency of the RM • Should be performed by trained persons in RA Risk communication (RC) An interactive process of exchange of information and opinion on risk along risk assessors, risk managers and other interested parties (stakeholders) Functional separation should not influence RA Policy risk managers Risk management (RM) • The process of weighing policy alternative in the light of RA to reduce risk • Implementation of appropriate control option (e. g. regulatory measures) Master 2010

Appréciation du risque (risk assessment) • Première étape, strictement scientifique, de l’AR • Déclenchée par le gestionnaire • Effectuée par des scientifiques-experts • Doit conclure à une estimation (quantitative) du risque • Doit être transmise aux gestionnaires de façon utile et utilisable • Doit être disponible pour la communauté scientifique pour une revue externe Master 2010

Appréciation des risques Risk assessment: definition • Le processus (méthode) scientifique par lequel est apprécié la nature (qualitative) et la grandeur (quantitative) du risque c’est-àdire des effets néfastes connus ou potentiels résultant d'une exposition à des dangers Master 2010

Les 4 étapes de l’appréciation (évaluation) des risques • L'évaluation (ou évaluation scientifique, ou appréciation) des risques comporte les quatre étapes suivantes : 1. 2. 3. 4. Identification des dangers Caractérisation des dangers Évaluation de l'exposition Caractérisation des risques Master 2010

Appréciation du risque 2 -Caractérisation du danger 1 -Identification du danger 4 -Caractérisation du risque 3 -Appreciation de l’exposition Gestion du risque Master 2010

1 -Identification des dangers • Identification des facteurs – – Substances , procédés, action, décision…. • susceptibles de provoquer des effets néfastes pour – – le cheval, le jockey, le parieur, l’institution…. Master 2010

1 - identification du danger 1. Drug / metabolite 2. Contaminant 3. endogenous product 1 -Identification danger • Hazard agent / action / stressor events that may result in negative (harmful) impact to "receptors" • Receptors: specific thing or entity being affected by hazard 2 -Caractérisation du danger 4 -Caractérisation du risque 3 - appreciation exposition 1. Horse: animal welfare / legitimate medication vs doping 2. Punter / public: betting, public concern 3. Institution: trust and confidence in regulation 4. Other stakeholders (porteurs d’enjeux) Gestion du risque Master 2010

2 -Caractérisation des dangers • Appréciation qualitative (substances interdites) ou quantitative (médications licites) de la nature des effets néfastes provoqués par le dangers • Pour les médications, une appréciation de la relation dose-réponse doit être prise en compte. Master 2010

Caractérisation qualitative (acceptable ou non acceptable) des dangers pour une substances chimiques 1. Identification d’un Danger : une substance chimique 2. Caractérisation du Danger • Qualitatif • (acceptable on non acceptable) • Doping illicite: stop • Quantitative • Médication licite Contaminants endogenous 4 -Risk characterization 3 -Exposure characterization Risk management Master 2010

2 -Caractérisation quantitative d’un danger acceptable par l’approche PK/PD Hazard identification 2 -Caractérisation quantitative Appréciation de la relation dose-effet Risk assessors Uncertainty (safety factor) (500 or other) Risk managers Exposure assessment EPC (Dose / Clearance) IPC IUC Risk characterization Risk management Master 2010

Dose titration Dose Response Black box PK/PD PK PD Response Dose Plasma concentration Master 2010

L’approche PK/PD pour déterminer les concentrations plasmatiques ou urinaires sans signification Les 3 étapes : 1: concentration plasmatique “efficace” (Effective plasma concentration: EPC) 2: concentration plasmatique sans signification biologique (Irrelevant plasma concentration: IPC) 3: concentration urinaire sans signification biologique (Irrelevant urine concentration: IUC) Master 2010

Une relation PK/PD fondamentale Pour la voie IV, la biodisponibilité est totale et F=1 Master 2010

Etape 1 : calcul des concentrations plasmatiques efficaces (EPC) Master 2010

Etape 1 : exemple de la phénylbutazone • Dose standard : 4. 4 mg/kg/24 h • Clairance plasmatique : 41 m. L/kg/h ou environ 1000 m. L/kg/24 h 4400 µg. kg-1. 24 h-1 = 4. 4 µg/m. L EPC = -1 -1 1000 m. L. kg. 24 h Master 2010

Etape 2: calcul des concentrations sans signification biologique (IPC) • L’IPC peut être obtenue à partir de l’EPC en appliquant un facteur de sécurité (SF) à l’EPC: IPC = ! EPC SF Comment sélectionner ce SF? Master 2010

Etape 2: comment sélectionner le facteur de sécurité Les “valeurs” SF La “Science” Doit refléter le niveau de confiance que l’on veut avoir pour l’IPC • • • forme de la relation dose-effet pauvreté des données classe des médicaments variabilité inter-individuelle médicaments ayant différents niveaux de puissance pour différents effets Master 2010

Qui fixe les facteurs de sécurité ? • Les scientifiques considèrent généralement que la fixation du facteur de sécurité est une décision scientifique • En fait décider le niveau de sécurité (acceptabilité du risque) est également une décision sociétale qui dépendra très largement du contexte Master 2010

Facteur de sécurité : la valeur par défaut sur des considérations scientifiques • Valeur par défaut : SF = 500 = 50 x 10 Pour transformer une EPC en IPC pour un cheval donné Variabilité interindividuelle PK 3. 3 x PD 3. 3 Master 2010

Le facteur de sécurité : 50 Emax Effet (%) 100% Emax * EC 50/50 E = EC 50 + EC 50/50 2% IPC = EC 50 50 EC 50 = EPC Avec un SF=50, l’effet résiduel est d’environ 2% de l’effet thérapeutique à la dose recommandée Master 2010

Etape 2 : le cas de la phénylbutazone en arrondissant : 10 ng/m. L Master 2010

Etape 3: détermination des concentrations urinaires sans signification biologique (IUC) IUC = IPC x RSS Plasma rapport des concentrations urinaires et plasmatiques à l’état “d’équilibre” concentration Urine Rss = 10 10 urine 1 Plasma Etat de pseudo-équilibre (time) Master 2010

Etape 3: concentrations urinaires sans signification biologique (IUC): le cas de la PBZ • RSS = 1 • IUC = IPC x RSS • IUC = 10 ng/m. L x 1 = 10 ng/m. L Master 2010

2 -Caractérisation quantitative d’un danger acceptable par l’approche PK/PD • IPC=10 ng/m. L • IUC=10 ng/m. L Master 2010

Caractérisation quantitative des dangers pour une substances chimiques 1. Identification d’un Danger : une substance chimique 2. Caractérisation du Danger • Qualitatif • (acceptable on non acceptable) • Doping illicite: stop • Quantitative • Médication licite Contaminants Endogenous (hormones) IPC=10 ng/m. L IUC=10 ng/m. L 4 -Risk characterization 3 -Exposure characterization Risk management Master 2010

3 -Evaluation de l'exposition • Appréciation qualitative et/ou quantitative des facteurs conduisant à une exposition: – fraudes – Prescriptions vétérinaires – Contamination par les aliments – Données physiologiques (sexe ou castration pour les hormones endogènes…. ) Master 2010

4 -Caractérisation du risque: contaminants, substances endogènes au cheval Hazard identification contamination endogenous (hormones) Exposure characterization Risk characterization Selection of statistical model Threshold quantile 10 -4 Master 2010

Etude de population de chevaux Master 2010

Cortisol: Etude de population • Choix de la distribution Transformation LOG 80 Transformation puissance (0. 33) 50 40 Frequency 60 40 20 30 20 100 200 300 400 Concentration (ng / ml) 0 8 64 216 512 Concentration (ng / ml) Master 2010

Etude de population • Resultats : probability of exceeding cortisol concentration in urine as calculated from a log-normal ar a power transforming distribution for the merged French and UK files Probability of exceeding cortisol concentration Cortisol concentration in urine (ng/m. L) Log normal distribution Power (0. 33) transforming distribution 300 400 500 600 800 1000 1500 0. 013 5. 0 x 10 -3 2. 2 x 10 -3 1. 1 x 10 -3 3. 15 x 10 -4 1. 1 x 10 -4 1. 4 x 10 -5 1. 5 x 10 -3 1. 3 x 10 -4 1. 2 x 10 -5 1. 0 x 10 -6 NC NC NC Master 2010

Caractérisation du risque: bilan Master 2010

Appréciation du risque: caractérisation du risque 1 -Identification du danger Moyen de communiquer les résultats de l’appréciation du risque aux gestionnaires du risque 2 -Caractérisation du danger 3 -Caractérisation de l’exposition 4 -caractérisation du risque : conclusions quantitatives pour: Substances illicites contaminants/ analytes endogènes Toute exposition Seuil médications IPC / IUC gestion du risque Master 2010

Analyse de risque: les 3 étapes Appréciation du risque Gestion du risque Communication sur le risque Master 2010

Gestion du risque (risk management) • C’est la procédure par laquelle sont prises en compte des différentes alternatives pour accepter, minimiser ou refuser le risque • Il y a évaluation du risque avec confrontation des données scientifiques à toutes les autres données (économiques, sociologiques, éthiques…) • C’est l’étape de décision • Mise en place des mesures de prévention, contrôle… Master 2010

Gestion des risques • Processus, distinct de l‘appréciation scientifique des risques – Ce n’est pas un exercice scientifique mais doit être scientifiquement correct • Prise en compte de tous les facteurs non scientifiques – – Harmonisation européenne Coût des mesures de pondération des choix politiques Images, intérêt des acteurs… Master 2010

Science et décision • La décision doit être un compromis reflétant les différents intérêts compétitifs • Des arguments autres que scientifiques ont une légitimité à intervenir dans la décision – Économiques, idéologiques, éthiques, moraux… • Le poids relatif des différents arguments doit être fixé par le gestionnaire (politique…) Master 2010

Qui fait la gestion du risque? – Les politiques – décideurs Master 2010

Gestion du risque Identification du danger Caractérisation du danger Appréciation de l’exposition Caractérisation du risque gestion du risque Le cycle de gestion du risque Évaluation du risque ( of RA) Vérification options Exécution par les décideurs décision Master 2010

Risk management questions • What can be done to eliminate or reduce the hazard? • How effective are the options? • How feasible are the options? • What impacts do the options have? • What is the level and type of uncertainty? • What is the best option? Master 2010

Gestion du risque pour le dopage • Sélection par négociation d’une limite de screening sur une échelle ordinale à partir des IPC et IUC – Prise en compte de facteurs économiques • Coût des équipements – Prise en compte de facteurs politiques • Volonté d’harmonisation • Vérification par des ring tests Master 2010

Analyse de risque: les 3 étapes Appréciation du risque Gestion du risque Communication sur le risque Master 2010

Communication relative aux risques • bien plus que de la diffusion d’information – Connaître le public – Impliquer les experts scientifiques – Créer des compétences en matière de communication – Constituer une source crédible – Partager les responsabilités – Distinguer entre science et jugements de valeur – Assurer la transparence et mettre les risques en perspective – La communication fait partie intégrante de l'analyse des risques et c’est un métier que de communiquer Master 2010

Que peut-on communiquer en matière de lutte contre le dopage? • IPC et IUC peuvent être connus • Les limites harmonisées de screening ne sont pas rendus publiques – Peu utiles à la filière – Sources de problèmes juridiques • Les temps de détection Master 2010

Communication sur le risque pour le dopage • Temps de détection – Par l’EHSLC • Délai d’attente – Par le vétérinaire Master 2010

Temps de détection libérés par l’EHSLC pour un médicament donné • Temps observé pour que tous les chevaux d’une expérimentation donnée sur une spécialité pharmaceutique et menée par l’EHSLC soient négatifs (urine ou plasma) avec la technique de screening utilisée en routine pour les contrôles c’est à dire avec la limite analytique européenne harmonisée – Voir le site de l’EHSLC ou de la FEI • Le temps de détection n’est pas à confondre avec un délai d’attente Master 2010

Temps de détection par la FEI & l’EHSLC FEI EHSLC Master 2010

Délai d’attente (TA) • Délai entre la dernière administration du médicament et l’épreuve • Fixé par le vétérinaire traitant – Analyse de risque par le praticien qui exerce son jugement professionnel • Toujours plus long que le temps de détection Master 2010

Temps de détection vs. temps d’attente • A ne pas confondre • Le temps de détection (DT) sest une observation – – Nombre limité de chevaux (n=6 ou 8) Conditions expérimentales Pas de protection statistique Un élément de communication de l’EHLSC • Le temps d’attente (TA) est une recommendation du véto – Il résulte de l’analyse de risque faite ar le véto traitant • Le TA doit toujours être plus long que le DT – Parce qu'il doit prendre en compte de multiples sources de variabilité (âge, sexe, spécialités utilisée, durée des traitement etc) Master 2010

How to extrapolate a withdrawal time from an EHLSC published detection time: a Monte Carlo simulation appraisal Master 2010

Objectives of the presentation • To explore the question of the safety span to be selected in order for a veterinarian to extrapolate a withdrawal time (WT) from a published EHLSC detection time (DT). • This will be done using Monte Carlo Simulations (MCSs). Master 2010

Comment transformer un temps de détection en un temps d’attente 1. Par des investigations de population • • Trop chers Pas de financeurs 2. Par des simulations de Monte Carlo • • Outil classique pour faire des scénario What if…. Master 2010

What is the origin of the word Monte Carlo? Toulouse Monte-Carlo (Monaco) Master 2010

What is the goal of a Monte Carlo Simulation (MCS) ? • To solve problems for which no analytical (mathematical) solution exists • For that MCS use numerical method with a built-in random process allowing, for example, combining variability due to different sources. Master 2010

Sources of variabilities for a WT • Two main sources of variability – Biological variability: not manageable • Horses are different for pharmacokinetic (PK) parameters controlling plasma and urine drug disposition • These sources of variability are explained by factors such as breed, age, sex, health status etc. – Different sources of uncertainty associated with veterinary and trainer practices: manageable • The actual administered dose • Formulation • Trained/untrained conditions etc. Master 2010

What MCSs will perform • To combine all sources of variability simultaneously to generate a large hypothetical population of DTs – so that the proportion (percentiles) of horses attaining a given DT value can be determined. • MCSs may replace a large population survey aimed to establish a WT experimentally. Master 2010

The 3 steps in Monte Carlo simulations 1. Define a structural model to predict WT 2. Select parameters to solve the model – distribution of the parameters (inputs) that must be known or assumed (e. g. normal distribution with mean, variance, covariance) 3. MCs repeatedly simulate the model each time drawing a different set of values (inputs) from the sampling distribution of the model parameters, the result of which is a set of possible outcomes (outputs) Master 2010

Monte Carlo simulation: applied to WT Model: WT=X/Y Generate random X and Y values across the X & Y distributions that conforms to their probabilities PDF of X Calculate a large number of X/Y ratios PDF of Y % PDF of WT Plot results in a probability chart WT Master 2010

Les questions à documenter pour aider à recommander des TA 1. What is the overall joint influence of biological variability (inter- and intra-animal variability) and veterinary decisions (dose, formulation. . ) on the DT of a drug? 2. Which of the aforementioned factors has the most influence on the observed value of a DT 3. Is the EHLSC DT, which is obtained from a trial involving only 6 horses, robust enough for a future WT and what would the advantage be for veterinarians to increase this number to 8 or 10 horses? Master 2010

Step 1: Define a model Master 2010

The model to compute a DT • Monocompartmental model Bioavailability 0 to 1 Volume of distribution Dose per kg BW Body weight (kg) Urine to plasma ratio Master 2010

Step 2: select simulation parameters (mean, variance etc) Master 2010

Selected parameters for MCs • All simulations were carried out with the same nominal dose (2 mg/kg) and the same mean values for all PK parameters but plasma clearance. • Two plasma clearance values were simulated (5 and 20 m. L/kg/h). • Two RLODs were investigated: 0. 1 and 0. 01 µg/m. L. • The model was solved either usingle point estimates (mean values of parameters) or distribution of input variables. • For parameters obeying a normal distribution, MCSs were carried out with different levels of variability around the mean PK parameters, namely variances corresponding to coefficients of variability of 10, 20, 30, 40 and 50%. • For BW, the same range of values (from 80 to 120 % of the nominal value) were considered for all MCs. Master 2010

Step 3: Solving the model Master 2010

Solving the model: Deterministic approach Gives a single possible value Master 2010

Solving the model: Stochastic approach Gives range of probable values Master 2010

• An add-in design to help Excel spreadsheet modelers perform Monte Carlo simulations • Others features – Search optimal solution (e. g. dose) by finding the best combination of decision variables for the best possible results Master 2010

Monte Carlo simulation generated probability density of the DT. Master 2010

Influence of variability on DT Same mean parameters but different coefficients of variation CV=10% DT: Quantile 90%=74 h CV=30% DT: Quantile 90%=106 h Master 2010

Main results obtained by MCSs Master 2010

Main results obtained by MCSs • For the different simulated scenarios, the ratio of percentile 90 to percentile 50 (P 90/P 50) was computed to select an uncertainty span to permit extrapolation of the DT obtained by EHLSC to a WT Master 2010

Main results obtained by MCSs 1. For a low variability of PK parameters (CV=20%) • P 90/P 50 was of 1. 43 meaning that an uncertainty span of about 40% may be selected to transform a mean DT to a WT which will cover 90% of the horse population. 2. For a high variability of PK parameters ( CV=40%) • P 90/P 50 was of 2. 1 -2. 2 meaning that uncertainty span of about 100% may be selected to transform a mean DT to a WT which will cover 90% of the horse population mean DT. Master 2010

Sensitivity analysis • It may be of interest to identify the relative impact of the different factors of variability on the final WT because some of these factors can be controlled by veterinarians. – the actual administered dose – impact of using a different formulation to that used for the EHLSC trial. – etc Master 2010

Sensitivity analysis • Analyze the contribution of the different variables to the final result (predicted WT) • Allow to detect the most important drivers of the model Master 2010

Sensitivity analysis Master 2010

Sensitivity analysis • For DT and for our model assumptions, plasma clearance and volume of distribution are by far the two most important factors of variability influencing the population DT and explain almost all 100% of the variance. • In contrast, bioavailability, the actual administered dose and the urine-to-plasma ratio have a minimal effect on the DT Master 2010

Influence of the administered dose vs. the terminal halflife on a detection time (h) Doubling the dose (+100%) DT increase from 46 h to 53 h Decreasing clearance by 30% DT increase from 46 h to 65 h Master 2010

Sensitivity analysis: conclusions • The main sources of uncertainty are of biological origin • MCS suggest that a veterinarian can do nothing to control a DT through managerial procedures because the main sources of variability are of biological nature Master 2010

Sensitivity analysis • All factors that can be managed by the treating veterinarian had a minimal impact on DT – This suggests that an inaccuracy in the dose (due to a bad estimate of horse BW), the administration of a formulation different from the one selected for the EHLSC trial or any factor able to influence bioavailability (diet for the oral route of administration, site of administration for an IM or SC administration…) will probably not have any major influence on DT variability Master 2010

As biological factors (inter-animals variability) are the main determinants of a WT, the DT as released by EHLSC need to be as relevant as possible and the question is to know if the number of investigated horses is appropriate regarding its accuracy Master 2010

Estimation of the DT by EHLSC: Is the number of investigated horses appropriate? • According to the EHLSC recommendation, DT is typically obtained from a group of six horses. – It is evident that this sample size is too low for the EHLSC to provide a population WT with any statistical protection – the DT released by the EHLSC is considered as a piece of information rather than a robust biological parameter – how valuable is this information regarding the actual WT Master 2010

Estimation of the DT by EHLSC: Is the number of investigated horses appropriate? • 20 virtual EHLSC trials involving 6, 8 or 10 horses, were simulated by MCS • CV% was 30% • The DT for each trial was the longest of the 6, 8 or 10 simulated values • The DT was then compared to the population percentiles obtained by simulating 5000 horses with the same simulation assumptions Master 2010

Estimation of the DT by EHLSC: Is the number of investigated horses appropriate? • With 6 horses, the released DT corresponds to the 90 th percentile of the target population for 50% of the trials, Master 2010

Estimation of the DT by EHLSC: Is the number of investigated horses appropriate for a drug having a CV of 30%? Horses (n) 6 Chances to Chance to reach percentile 80% percentile 90% 75% 50% 8 85% 55% 10 90% 70% Master 2010

Conclusion 1 • If we consider variability in PK parameters of 30% in horses as a default conservative value and the corresponding Q 90/Q 50 ratio as the default uncertainty factor (UF) for a worst case scenario and if DT is obtained from 6 horses, a UF=1. 76 may be suggested to veterinarians to recommend a WT from an EHLSC DT Master 2010

Conclusion 2 • If the EHLSC increases the number of investigated horses to 8 a default UF of 1. 4 can be applied to transform a DT into a WT. Master 2010

Types of prohibited substances (Hazard) Arguments supporting the step Medications Doping agents Dietary & environmental contaminants Endogenous (hormones) Exposure assessment (population survey) Permanent refinement of analytical methods (parent compounds, metabolites…) 3. 1 -Risk assessment (science) Selection of statistical risk to establish a cutoff value to predict exposure Published international threshold (hormones) Published international or regional…. (theobromine) 2 -Policy - Regulation 3 - Risk analysis (EHSLC approach) Control of drug exposure Zero tolerance approach for exposure 1 -Societal values (fairness, level playing field ethics, animal welfare…) In house analytical cutoff threshold (cocaine, morphine) Recommendation to food manufacturers to improve quality control 3. 2 - Risk management (scientifically sound) 3. 3 - Risk communication Master 2010

Types of prohibited substances (Hazard) Doping agents Endogenous (hormones) Dietary & environmental contaminants 1 -Societal values (fairness, level playing field ethics, animal welfare… Medications Control of drug effect Systemic (e. g. NSAID) Systemic & Non Systemic (e. g. corticosteroids) • A single plasma drug concentration can be an univocal biomarker of drug effect • Urine is a surrogate of plasma Decision of a HSL i. e. of a cutoff concentration that guarantees no effect In house LOD Control of some exposure Establishment of a detection time by racing organization using HSL 2 -Policy - Regulation Non Systemic (e. g. local anesthetics) A single plasma or urine concentration cannot be an univocal biomarker of drug effect Determination of irrelevant plasma and urine concentrations (IPC & IUC) using a PK/PD approach Arguments supporting the step An IPC/IUC cannot be ascertained from PK/PD Agreed operational HSL for the control of good veterinary practices Establishment of a DT corresponding to selected good veterinary practices Recommendation of a withholding time by the treating veterinarian (detection time + safety span) 3 - Risk analysis (EHSLC approach) 3. 1 -Risk assessment (science) 3. 2 - Risk management (scientifically sound) 3. 3 - Risk communication Master 2010

CONCLUSION Les atouts de l’analyse de risque pour le contrôle antidopage • Considération objective et réaliste du risque • Justification et défense de décisions • Évaluation des décisions des autres (US) • Hiérarchisation des ressources • Identification des besoins en recherche et en information Master 2010